SE507416C2 - Method for feedback control of injection timing in internal combustion engines - Google Patents

Abstract

PCT No. PCT/SE98/00811 Sec. 371 Date Nov. 12, 1998 Sec. 102(e) Date Nov. 12, 1998 PCT Filed May 4, 1998 PCT Pub. No. WO98/51922 PCT Pub. Date Nov. 19, 1998A method for closed-loop control of the positioning of a predetermined fuel amount in the working cycle of a combustion engine of the Otto-type, in which a predetermined amount of fuel is supplied to the combustion chamber via an injector and the ignition of the air-fuel mixture is initiated after the fuel has been supplied by using a spark plug arranged in the combustion chamber. With a biased measuring gap arranged in the combustion chamber, a measuring voltage UION is obtained which corresponds to the degree of ionization during the flame ionization phase. A parameter, dUION/dt, characteristic for the basic frequency in the measuring voltage during the flame ionization phase is detected, which parameter could be used in order to indicate if an initiated correction of the injection timing is correct, that is, if the basic frequency increases, the timing is correct and is incorrect if the basic frequency decreases. Preferably, the basic frequency is detected by derivation of the measuring voltage during the period A, B, C, or D, said derivation initiated by reference to time t or crankshaft angle VC, i.e., dUION/dt or dUION/dVC, respectively.

Description

507 416 2 , där även insprutningstidpunkten kan bestämmas på konventionellt sätt. Detta konventionella sätt sker företrädesvis genom att använda en empiriskt bestämd matris för insprutningstidpunkten, där främst varvtaLlast samt temperatur utgör styrande parametrar för aktuell insprutningstidpunkt. 507 416 2, where the injection time can also be determined in a conventional manner. This conventional method is preferably carried out by using an empirically determined matrix for the injection time, where mainly rotational load and temperature constitute controlling parameters for the current injection time.

Ingenting i I US,A, 5425339 anger att insprutningstidpunkten skall regleras på ett äterkopplat sätt i beroende av jonströmsignalen.Nothing in I US, A, 5425339 states that the injection time should be regulated in a feedback manner depending on the ion current signal.

I SE,C, 503900 anges ett alternativ till att bestämma aktuellt AIF-förhållande. Istället för att såsom i US,A, 4535740 bestämma aktuellt A/F förhållande via mätning av jonströmsignalens signalbredd, anges i SE,C,503900 att en från jonströmsignalen utfiltrerad parameter typisk för grundfrekvens- innehållet användes för denna bestämning. Alternativt kan derivatan på jonströmsignalen under flamjoniseringsfasen användas, vilken derivata är direkt beroende av grundfrekvensinnehållet.SE, C, 503900 states an alternative for determining the current AIF ratio. Instead of determining, as in US, A, 4535740, the current A / F ratio via measurement of the signal width of the ion current signal, it is stated in SE, C, 503900 that a parameter extracted from the ion current signal typical of the fundamental frequency content was used for this determination. Alternatively, the derivative of the ion current signal during the flame ionization phase can be used, which derivative is directly dependent on the fundamental frequency content.

Allt strängare krav på låga emissionsnivåer medför att förbräningsmotorer i åtminstone vissa driftfall körs extremt magert, sett globalt över hela förbrärmingstummet, och där en skikming av luft-bränsle blandningen erfodras med fetare blandning lokalt vid tändstiftet. Med direktinsprutade förbrännings- motorer kan denna skiktning erhållas, genom att strax innan tändtidpunkten deponera erforderlig bränslemängd i området runt tändstiftsgapet. Med derma skiktningsteknik, så kallad stratified charge, kan förbränningen initieras korrekt med för driftfallet idealt AIF-förhållande i tändstiftsgapet. Ett problem är att även om omfattande utprovning sker av när i förbränningsmotorns arbetstakt bränslemängden skall deponeras, så kommer olika motorindivider att skilja sig åt vad avser hur den deponerade mängden bränsle rör sig i förbränningsrummet vid olika varvtal och laster. Detta kan leda till att idealt A/F -förhållande ej råder i tändstiftsgapet vid tidpunkten för tändgnistans alstring.Increasingly stringent requirements for low emission levels mean that internal combustion engines in at least some operating cases run extremely lean, seen globally over the entire combustion inch, and where a skimming of the air-fuel mixture is required with a fatter mixture locally at the spark plug. With direct-injection internal combustion engines, this layering can be obtained by depositing the required amount of fuel in the area around the spark plug gap just before the time of ignition. With this layering technique, so-called strati charge ed charge, the combustion can be initiated correctly with an AIF ratio in the spark plug gap ideal for the operating case. One problem is that even if extensive testing takes place of when the amount of fuel is to be deposited at the combustion engine's operating rate, different engine individuals will differ in terms of how the amount of fuel deposited moves in the combustion chamber at different speeds and loads. This can lead to an ideal A / F ratio not prevailing in the spark plug gap at the time of spark ignition generation.

I vissa motor-individer kan oregelbundenheter i exempelvis inloppsluft röret, i form av kvarlämnade grader från gjutning etc, påverka luftflödet ini enskilda förbränningsrum på så sätt att den i förbränningmmmet utvecklade hotisontalrotationen (benämnd Swirl) eller vertikalrotationen (benämnd 'lhumble) ej utvecklas likartat som i övriga cylindrar.In some engine individuals, irregularities in, for example, the inlet air pipe, in the form of residual degrees from casting, etc., can affect the air flow in individual combustion chambers in such a way that the hotison rotation developed in the combustion chamber (called Swirl) or the vertical rotation in other cylinders.

I seriemässig produktion kan även olika motorlndivider ha ett olikartat luftlöde in i förbränningsrummet relativt den referensmotor eller motorer som använts för att bestämma när bränslet skall deponeras i förbränningsrummet. Olika typer av driftfall med reglering av mängden åter-förda avgaser, så kallad EGR-reglering, kan även påverka luftflödet på ett icke kontrollerbart sätt mellan förbränningar och orsaka gradvis förändrad påverkan på lång sikt .In series production, different engine individuals can also have a different air flow into the combustion chamber relative to the reference engine or engines used to determine when the fuel is to be deposited in the combustion chamber. Different types of operating cases with control of the amount of exhaust gases returned, so-called EGR control, can also affect the air flow in an uncontrollable way between combustions and cause a gradual change in the long-term impact.

Om tidpunkten för deponeringen av bränslet i förbränningsrummet är utprovad på så sätt att den efter avslutad deponering skall förflytta sig en begränsad sträcka i förbränningsrummet, med hjälp av luftrotationen i förbränningsrummet, irman den deponerade bränslemängden når tändstiftsgapet och antändning sker, är det mycket viktigt att luftrotationen är kontrollerad.If the time of deposition of the fuel in the combustion chamber is tested in such a way that after completion of deposition it must move a limited distance in the combustion chamber, by means of the air rotation in the combustion chamber, before the deposited fuel reaches the spark plug gap and ignition takes place. is checked.

UI 3 507 416 Om luftrotationen är utsatt för stora variationer, mellan individuella cylindrar samt mellan olika driftfall, innebär det att insprutningstidpunkten måste anpassas till den vid driftfallet samt för cylinderindividen faktiska luftrotationen UPPFINNINGENS Uppfinningen har till ändamål att i förbränningsmotorer försedda med tändstift för antändning av luft -bränsle blandningen och där bränslet tillföres innan antändning initieras, erhålla en återkopplad reglering av insprutningstidpurilcten i främst direktinsprutade törbränningsmotorer varigenom ett säkerställande av optimalt blandningsförhållande i tändstiftsgapet vid tändtidpunkten kan erhållas.UI 3 507 416 If the air rotation is exposed to large variations, between individual cylinders and between different operating cases, it means that the injection time must be adapted to the actual air rotation at the operating case and for the cylinder individual INVENTION The invention has for its purpose in internal combustion engines -fuel mixture and where the fuel is supplied before ignition is initiated, obtain a feedback control of the injection time purilct in mainly directly injected dry-burning engines whereby an assurance of optimal mixing ratio in the spark plug gap at the ignition time can be obtained.

Ytterligare ett ändamål är att erhålla en metod samt ett system som är kapabelt att justera insprutningstidpunkten i främst direktinsprutade Otto-motorer så att motom och varje enskild cylinder i motom kan regleras så nära sin magergräns som möjligt. Ännu ett ändamål är att erhålla en metod där säker antändning av luft-bränsle blandningen i cylindern sker, där riskerna för misständningar och genomspolning av oförbrännt bränsle minimeras.Another object is to obtain a method and a system which is capable of adjusting the injection time in mainly directly injected Otto engines so that the engine and each individual cylinder in the engine can be regulated as close to its lean limit as possible. Yet another object is to obtain a method where safe ignition of the air-fuel mixture in the cylinder takes place, where the risks of misfiring and flushing of unburned fuel are minimized.

Detta är nödvändigt för att inte eventuella katalysatorer skall utsättas för övertemperattirer och förstöras, vilket kan leda till icke tolerabla emissionsnivåer från motom.This is necessary so that any catalysts are not exposed to overtemperatures and destroyed, which can lead to intolerable emission levels from the engine.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Den uppfinningsenliga metoden utmärkes av patentkravets 1 känneteclmande del. Övriga för uppfinningen utmärkande särdrag och fördelar framgår av övriga patentkravs känne- tecknande delar samt den efterföljande beskrivningen av utföringsexempel. Beskrivningen av uttöringsexempel sker med hänvisning till figurer angivna i följande figur-förteckning, FIGURFÖRTECICNIIN G Figur 1 visar schematiskt ett arrangemang för reglering av en fórbränningsrnotor och detektering av joniseringsgraden i förbränningsrummet; Figur 2a-2e visar schematiskt hur bränslet deponeras i en direktinsprutad Otto-motor, med sidoplacerad bränsleínsprutare; Figur 3a-3c visar schematiskt hur bränslet deponeras i en direktinsputad Otto-motor, med centralt placerad bränsleinsprutare; Figur 4 visar schematiskt utseendet på jonströmsignalen, detekterar! med ett an-angernang enligt figflfl; 507 416 4 Figur 5 visar olika typer av jonströmsignaler erhållna från förbränningar med sinsemellan olika tidpunkt för insprutning av en konstant mängd bränsle; Figur 6, visar hur den uppfinningsenliga metoden kan implementeras.BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION The method according to the invention is characterized by the characterizing part of claim 1. Other features and advantages characteristic of the invention appear from the characteristic parts of the other claims and the following description of exemplary embodiments. The description of depletion examples is made with reference to fi gures specified in the following figure list, FIGURE PICTURE Figure 1 schematically shows an arrangement for regulating a combustion engine and detecting the degree of ionization in the combustion chamber; Figures 2a-2e schematically show how the fuel is deposited in a direct-injected Otto engine, with a side-by-side fuel injector; Figures 3a-3c schematically show how the fuel is deposited in a directly injected Otto engine, with a centrally located fuel injector; Figure 4 schematically shows the appearance of the ion current signal, detects! with an indication according to fi g fl fl; Figure 5 shows different types of ion current signals obtained from combustions with different times for injection of a constant amount of fuel; Figure 6 shows how the inventive method can be implemented.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL I SE,C,503900 visas ett tändsystem som innehåller de mätkretsar som erfordras för att erhålla en joniseringsisgnal från förbränningen, vilken signal användes i den uppfinningsenliga metoden Följande beskrivning är identisk med beskrivningen I SE,C,503900 av själva tändsystemet och dess mätlcretsar.DESCRIPTION OF EMBODIMENT IN SE, C, 503900 an ignition system is shown which contains the measuring circuits required to obtain an ionization signal from the combustion, which signal is used in the inventive method. The following description is identical to the description in SE, C, 503900 of the ignition system itself measuring circuits.

I figur 1 visas ett arrangemang för reglering av en förbränningsmotor 1. I figuren visas ett helelektronislct reglersystem för såväl íörbränningsmotoms bränsletillförsel som tändsystem. Med en mikrodator 10 vilken detekterar åtminstone motorvarvtal, motortemperattir och motorlast, via givarna 11,12 respektive 13 så styrs tändtidpunlcten såväl som tillförd bränslemängd. Givaren 11 är företrädesvis en konventionell pulsgivare anordnad att detektera lcuggar på svänghjulets periferi, där ävan lägesbestämning kan erhålas genom att en eller flera kuggar har olika kugglucka/kuggbredd vid ett bestämt vevaxelläge.Figure 1 shows an arrangement for controlling an internal combustion engine 1. Figure 1 shows a fully electronic control system for both the fuel supply of the internal combustion engine and the ignition system. With a microcomputer 10 which detects at least engine speed, engine temperature and engine load, via the sensors 11, 12 and 13, respectively, the ignition time point is controlled as well as the amount of fuel supplied. The sensor 11 is preferably a conventional encoder arranged to detect holes on the periphery of the flywheel, where position determination can also be obtained by one or more teeth having different tooth gap / tooth width at a specific crankshaft position.

Nlikrodatorn 10 innehåller på sedvanligt sätt en aritmetisk enhet 15 sarnt erforderliga minnen 14, där regleringsalgoritrner, bränslematriser samt tändmatriser är lagrade.The Nlikro computer 10 contains, in the usual manner, an arithmetic unit 15 in the much-needed memories 14, in which control algorithms, fuel matrices and ignition matrices are stored.

I varje cylinder 4 är åtminstone ett tändstift 5 anordnat, enbart tändstiftet i en cylinder visat i figur 1.In each cylinder 4 at least one spark plug 5 is arranged, only the spark plug in a cylinder shown in Figure 1.

Tändspänningen alstras i en tändspole 32 med en primärlindning 33 och en sekundärlindrting 34.The ignition voltage is generated in an ignition coil 32 with a primary winding 33 and a secondary winding 34.

Primärlindningen 33 är i sin ena ände ansluten till en spänningskälla, batteri 6, och i dess jordanslutning är anordnad en elektriskt styrd brytare 35. Genom att mikrodatorn på triggutgången 50 gör brytaren 35 strömledande så börjar en ström flyta genom primärlindningen 33, och när sedan strömmen bryts så induceras på sedvanligt sätt en upptransformerad tändspänning i tändspolens 32 sekundärlindning 34 och en tändgnista alstras i tändstiftsgapet 5. När strömmen skall släppas på och när strömmen skall brytas av brytaren 35, sk dwell-time reglering, styrs i beroende av aktuella motorpararneterari enlighet med en i mikrodatorns minne 14 förlagrad tändvinkelmatris, så att erforderlig primärström hinner utvecklas samt att tändgnistan alstras vid den tändtidpunkt som erfordras för det aktuella lastfallet.The primary winding 33 is connected at one end to a voltage source, battery 6, and in its ground connection is arranged an electrically controlled switch 35. By the microcomputer on the trigger output 50 making the switch 35 conductive, a current surface begins through the primary winding 33, and then the current is broken in the usual way, an up-transformed ignition voltage is induced in the secondary winding 34 of the ignition coil 32 and an ignition spark is generated in the spark plug gap 5. When the current is to be released and when the current is to be interrupted by the switch 35, so-called dwell-time control. an ignition angle matrix stored in the memory of the microcomputer 14, so that the required primary current has time to develop and that the ignition spark is generated at the ignition time required for the current load case.

Sekundärens ena ände är ansluten till tändstiftet 5 och i dess andra jordanslutna ände finns en detekteríngskrets som detekterar joniseringsgraden i förbränningsrummet. Detekteringskretsen innefattar en spänningsacktimulator , här i form av en uppladdningsbar kondensator 40, vilken spänningssätter gnistgap med en väsentligen konstant mätspänning. Kondensatorn motsvarar en ekvivalent lösning till den i EP,C,l 88180 visade utfliringsformen där spänningsackurnulatom är en förhöjd/upptranformerad spänning från uppladdningskretsen i ett kapacitivt tändsystem. I den i figuren visade utföringsformen så laddas kondensatorn 40 upp till en 507 416 spänningsnivå given av zenerdiodens 41 genombrottspänning när tändspänningspulsen induceras i sekundärlindningen 34. Denna genombrottspänning kan ligga någonstans mellan 80-400 Volt. När den upptransforrnerade tändspänningen runt cirka 30-40 kVolt alstras i sekundärlindningen så öppnar zenerdioden 4l och säkerställer att kondensatorn 40 ej laddas upp till en högre spänningsnivå än zenerdiodens genombrottsspänriing. Parallellt med mätmotståndet 42 så är anordnat en andra motvänd skyddsdiod 43 som på motsvarande sätt skyddar för spänningar med omvänd polaritet. Över mätrnotståndet 42 så kan sedan den ström som går i kretsen 5-34-40/4042-jord detekteras, vilken ström är beroende av konduktiviteten på gaserna i förbränningsrurnmet, vilken konduktivitet är beroende av joniseringsgradeni förbränningsrummet.One end of the secondary is connected to the spark plug 5 and at its other grounded end there is a detection circuit which detects the degree of ionization in the combustion chamber. The detection circuit comprises a voltage stimulator, here in the form of a rechargeable capacitor 40, which energizes spark gaps with a substantially constant measuring voltage. The capacitor corresponds to an equivalent solution to the embodiment shown in EP, C, 1 88180 where the voltage accumulator is an elevated / uptranformed voltage from the charging circuit in a capacitive ignition system. In the embodiment shown in fi, the capacitor 40 is charged up to a 507 416 voltage level given by the breakdown voltage of the zener diode 41 when the ignition voltage pulse is induced in the secondary winding 34. This breakdown voltage can be anywhere between 80-400 Volts. When the uptransformed ignition voltage around about 30-40 kVolts is generated in the secondary winding, the zener diode 41 opens and ensures that the capacitor 40 is not charged to a higher voltage level than the breakdown voltage of the zener diode. Parallel to the measuring resistor 42, a second reverse protection diode 43 is arranged which correspondingly protects against voltages of reversed polarity. Above the measuring node position 42, the current flowing in the circuit 5-34-40 / 4042 soil can then be detected, which current depends on the conductivity of the gases in the combustion tube, which conductivity depends on the degree of ionization in the combustion chamber.

Genom art mättnotståndet 42 är kopplat närmast jord så erfordras enbart en anslutning i mätpunkten 45 tiH en detekteringskrets 44, vilken detekteringslcrets mäter spänningen över motståndet 42 och i mätpunkten 45 relativt jord. Genom att analysera strömmen, alternativt spänningen, genom mätrnotståndet så kan bland annat knack och preignition detekteras, och såsom framställts i US,A, 4535740 så skulle vid vissa driftfall aktuellt blandningsförhållande luft-bränsle kunna detekteras genom att mäta hur lång tid joniseringströmmen ligger över en viss nivå Genom en larnbdasond 31 i förbränningsmotoms avgassamlare 3, sett i avgasflödets riktning anordnad innan en i avgassystemet anordnad katalysator 30, kan restmängden syre i avgaserna detekteras, och häri genom detekteras aktuellt blandningstörltållande luft-bränsle. Med en konventionell smalbandig lambdasond, vars utsignal har en distinkt omslagspunkt strax under ett stökiometriskt blandningsförhållande, så kan tillförd bränslemängd korrígeras så att det för katalysatorn 30 funktion ideala blandningsflïltållandet luft-bränsle innehålles. Genom lambdasondens utsignal A erhålles en återkopplad reglering av tillfört bränsle, vilken reglering utföres så att lambdasondens utsignal ligger och pendlar mellan hög och låg utsignal upp till ett par gånger per sekrmd.Because the measuring measuring station 42 is connected closest to earth, only a connection in the measuring point 45 to a detection circuit 44 is required, which detection circuit measures the voltage across the resistor 42 and in the measuring point 45 relative to earth. By analyzing the current, or alternatively the voltage, through the measuring notch, knock and preignition can be detected, and as prepared in US, A, 4535740, in certain operating cases the current mixing ratio of air-fuel could be detected by measuring how long the ionization current is above a certain level By means of an alarm probe 31 in the exhaust gas collector 3 of the internal combustion engine, seen in the direction of the exhaust arranged before a catalyst 30 arranged in the exhaust system, the residual amount of oxygen in the exhaust gases can be detected, and hereby current mixture-tolerant air-fuel is detected. With a conventional narrowband lambda probe, the output of which has a distinct turning point just below a stoichiometric mixing ratio, the amount of fuel supplied can be corrected so that the ideal mixture-tolerant air-fuel mixture is functional. Through the output signal A of the lambda probe, a feedback control of supplied fuel is obtained, which control is performed so that the output signal of the lambda probe lies and oscillates between high and low output signal up to a couple of times per second.

Förbränningsmotorns bränslesystem innehåller på konventionellt sätt en bränsletank 21 med en i bränsletanken anordnad pumpenhet 22. Från pumpenheten 22 matas sedan det trycksatta bränslet vidare till en 23 tryckutjämnare, vidare till ett bränslefilter 24 och vidare till andra behållare/volymer inkluderande bränslefördelningsröret. I bränslefördelningsrörets ände finns i vissa fall en tryckregulator 26 anordnad, vilken vid övertryck öppnar för ett returflödei returledningen 27 tillbaka till bränsletanken 21 eller pumpenheten 22. Ett alternativ till en tryckregulator 26 som öppnar vid över-tryck kan vara en tryckstyming av bränslepumpen 22, varigenom returledningen 27 kan undvaras. Volymerna i bränslepump-enheten 22, tryckutjämnaren 23, bränslefiltet 24 och övriga kaviteter eller behållare 25 är så pass stora att ett par minuters drift kan ske innan ett i bränsletanken 507 416 6 21 nytankat bränsle når insprutarna 20. Bränsleinsprutarna 20 är anordnade att utmynna direkt i respektive cylinder 4och påverkas sekventiellt, synkront med förbränningsmotorns arbetstakt.The fuel system of the internal combustion engine conventionally contains a fuel tank 21 with a pump unit 22 arranged in the fuel tank. From the pump unit 22 the pressurized fuel is then fed on to a pressure equalizer, on to a fuel filter 24 and on to other containers / volumes including the fuel distribution pipe. At the end of the fuel distribution pipe there is in some cases a pressure regulator 26 arranged, which in case of overpressure opens for a return to the return line 27 back to the fuel tank 21 or the pump unit 22. An alternative to a pressure regulator 26 which opens at overpressure may be a pressure control of the fuel pump 22. the return line 27 can be dispensed with. The volumes in the fuel pump unit 22, the pressure equalizer 23, the fuel cell 24 and other cavities or containers 25 are so large that a couple of minutes of operation can take place before a refueled fuel in the fuel tank 507 416 6 21 reaches the injectors 20. The fuel injectors 20 are arranged to open directly in each cylinder 4 and is actuated sequentially, synchronously with the operating rate of the internal combustion engine.

Mängden bränsle som sprutas in bestämmes av längden på den styrpuls som mikrodatorn lägger ut till respektive insprutare. Mängden bränsle, liksom tändtidpunkten, styrs i beroende av aktuella motorparameterar i enlighet med en i rnikrodatorns minne 14 forlagrad bränslematris. l vissa bränslesystem så kan även en bränslekvalitetssensor 28 vara anordnad i bränsletillforsel- systemet Med en bränslekvalitetssensor 28 så kan bränsleregleringen anpassas till det aktuella bränslets oktantal eller blandningsforhålande av exempelvis metanol och bensin. Styrenheten 10 erhåller en insignal K från bränslekvalitetssensom indikerande aktuell bränslekvalite.The amount of fuel injected is determined by the length of the control pulse that the microcomputer applies to each injector. The amount of fuel, as well as the ignition timing, is controlled depending on current engine parameters in accordance with a fuel matrix stored in the memory of the microcomputer 14. In some fuel systems, a fuel quality sensor 28 can also be arranged in the fuel supply system. With a fuel quality sensor 28, the fuel control can be adapted to the octane number of the fuel in question or a mixing ratio of, for example, methanol and petrol. The control unit 10 receives an input signal K from the fuel quality sensor indicating the current fuel quality.

I figurema 2a, 2b samt 2c visas hur bränslet deponeras i en direktinspnttad Otto-motor med sidoplacerad bränsleinsprutare 60. I detta fall användes ett förbränningsnim där ínloppsluften ges en så kallad “reversed thumble", indikerad med pilen 67 i figuren, dvs en rotation på inloppsluften i forbränningsrummet runt en axel som är vinkelrät mot cylinderaxeln samt är riktad nedåt och in mot cylindercentnim. Denna reversed thumble erhålles genom att inloppslufkanalen 62 har en lcrökning i ett vertikalplan runt ett centrum placerat på motsatt sida av cylinderaxeln relativt placeringen av inloppsventilens säte. I syfte att förstärka denna reversed thumble är även kolven 61 utformad med skålformad grop 64, vilken understödjer rotationen sarnt riktar den upp mot tändstiftet 63.Figures 2a, 2b and 2c show how the fuel is deposited in a direct-injected Otto engine with a side-mounted fuel injector 60. In this case a combustion engine is used where the inlet air is given a so-called "reversed thumble", indicated by arrow 67 in the sensor, ie a rotation The inverted air in the combustion chamber about an axis which is perpendicular to the cylinder axis and is directed downwards and towards the cylinder center is obtained by the inlet air duct 62 having a curvature in a vertical plane around a center located on the opposite side of the cylinder axis relative to the inlet valve seat. In order to reinforce this reversed thumble, the piston 61 is also formed with a cup-shaped pit 64, which supports the rotation while directing it towards the spark plug 63.

I figur 2a visas hur insprutaren 60 deponerar bränslet initiellt i cylindern, vilket kan motsvara ett läge på kolven 50 vevaxelgrader for övre dödläge (BTDC, Before Top Dead Center). För direktinsprutade Otto-motorer erfodras insprutare vilka har en avsevärt förbättrad kapacitet, relativt bränselinsprutare for indirekt bränsleinsprutníng. Maximalt erforderlig bränslemängd skall i direktinspmtade motorer kunna deponeras inom en mycket begränsad tidsrymd, vilket motorrelaterat motsvarar inom ett tiotal vevaxelgrader. Starttidpunkten for bränsleinsprumingen kan då ske i ett läge innan det läge som visas i figur 2a, motsvarande cirka 60° BTDC.Figure 2a shows how the injector 60 initially deposits the fuel in the cylinder, which may correspond to a position on the piston 50 crankshaft degrees for top dead center (BTDC). For direct-injection Otto engines, injectors are required which have a considerably improved capacity, relative to fuel injectors for indirect fuel injection. It must be possible to deposit the maximum required amount of fuel in direct-injection engines within a very limited period of time, which engine-related corresponds to within ten tens of degrees of crankshaft. The start time for the fuel injection can then take place in a position before the position shown in Figure 2a, corresponding to approximately 60 ° BTDC.

I figur 2b visas ett läge i Otto-motorns arbetstakt där bränsleinsprutningen är avslutad, och det tillfórda bränslemolnet börjar forflytta sig i törbränningsrummet under inverkan av den utbiuldade rotationen. Figur 2b kan motsvara en motorposition 45° BTDC. l figur 2c visas ett läge i motorns arbetstakt där bränslemolnet 66 hunnit förflytta sig så att den fetaste luft-bränsle blandningen erhålles runt tändstiftet 63.Figure 2b shows a position in the operating rate of the Otto engine where the fuel injection is completed, and the supplied fuel cloud begins to move in the dry combustion chamber under the influence of the bulging rotation. Figure 2b may correspond to an engine position 45 ° BTDC. Fig. 2c shows a position in the engine's operating rate where the fuel cloud 66 has had time to move so that the fattest air-fuel mixture is obtained around the spark plug 63.

Med bränslemoln avses den lokala volym i törbränningsrtnnmet där blandningsflšrhållandet mellan luft och finfordelat bränsle motsvarar ett stökiomeuiskt förhållande eller fetare.By fuel cloud is meant the local volume in the dry combustion chamber where the mixture ratio between air and distributed fuel corresponds to a stoichiomeous ratio or fatter.

I figurerna 3a-3c visas hur bränslet deponeras i en direktinsprutad Otto-motor med centralt placerad bränsleinsprutare 70. I detta fall användes ett forbränningsrum där inloppsluften kan ges en i horisontalplanet utbildad rotation, så kallad “swirl", dvs en rotation på inloppsluften i 7 507 416 förbränningsrummet runt en axel som är parallell med och eventuellt sammanfallande med cylinderaxeln Denna swirl kan på konventionellt sätt exempelvis erhållas genom att inloppsluftkanalen (icke visat) har en krökning runt en axel som är parallell med cylinderaxeln. I syfte att förstärka denna swirl i förbränningsrummet är även kolven 71 utformad med en relativt cylinderaxeln rotatiomsymmettisk grop 74, vilken understödjer rotationen I figur 3a visas hur bränslet deponeras initiellt i cylindern, vilket kan motsvara ett läge på kolven 50 ° BTDC.Figures 3a-3c show how the fuel is deposited in a direct-injected Otto engine with centrally located fuel injector 70. In this case, a combustion chamber is used where the inlet air can be given a rotation formed in the horizontal plane, so-called "swirl", ie a rotation of the inlet air in 7 507 416 combustion chamber about an axis parallel to and possibly coinciding with the cylinder axis This swirl can be obtained in a conventional manner, for example, by the inlet air duct (not shown) having a curvature about an axis parallel to the cylinder axis.In order to reinforce this swirl in the combustion chamber The piston 71 is also formed with a rotationally symmetrical pit 74 relative to the cylinder axis, which supports the rotation. Figure 3a shows how the fuel is initially deposited in the cylinder, which may correspond to a position on the piston 50 ° BTDC.

I figur 3b visas ett läge i Otto-motorns arbetstakt där bränsleinsprutningen är avslutad, och det tillförda bränslemolnet 76 börjar rotera med i den i lörbränningsrutnmet utbildade horisontal rotationen Figur 3b kan motsvara en motorposition 45° BTDC. Den utbildade rotationen kan i viss mån understödja att det tillförda bränslet ej sprider ut sig radiellt i förbränningsrummet, och genom kan bibehållas inom ett begränsat område centralt i förbränningsrummet I figur 3c visas ett läge i motorns arbetstakt där bränslemolnet 76 hunnit sprida sig något i den utbildade rotationen så att bränslemolnet når fram till tändstíftet 73. I figur 3c är angivet med pilar 79 den klärneffelct, även benämnd “squish”, som erhålles när kolvens övre kantytor närmar sig cylindertaket. Denna squish-effekt uppträderi slutfasen av kompressionsslaget, och kan påverka positioneringen av det i fijrbränningsrummet tílltörda bränslemolnet 76 relativt det i törbränningsrummet anordnade tändstiftsgapet. Motsvarande squish-effekt erhålles även i ett fötbränningsrum av den typen som visas i figurerna 2a-2c.Figure 3b shows a position in the operating rate of the Otto engine where the fuel injection is completed, and the supplied fuel cloud 76 begins to rotate in the horizontal rotation formed in the combustion chamber. Figure 3b may correspond to an engine position of 45 ° BTDC. The formed rotation can to some extent support that the supplied fuel does not spread radially in the combustion chamber, and through can be maintained within a limited area centrally in the combustion chamber Figure 3c shows a position in the engine working speed where the fuel cloud 76 has spread slightly in the formed the rotation so that the fuel cloud reaches the spark plug 73. In Figure 3c, arrows 79 indicate the clamping effect, also called “squish”, which is obtained when the upper edge surfaces of the piston approach the cylinder roof. This squishing effect occurs in the final phase of the compression stroke, and can affect the positioning of the fuel cloud 76 dried in the combustion chamber relative to the spark plug gap provided in the dry combustion chamber. The corresponding squish effect is also obtained in a foot burning room of the type shown in Figures 2a-2c.

I figur 4 visas schematiskt utseendet på den jonströmsignal Um- som erhålles med ett mätarrangemang i enlighet med figur 1. Um; anges på Y-axeln och är här mätt i volt, och kan ligga mellan utsignalen 0 volt till drygt 2,5 volt. På X-axeln anges vevaxelgrader °VC, där 0° anger övre dödpunkt då kolven äri sitt översta läge.Figure 4 schematically shows the appearance of the ion current signal Um- obtained with a measuring arrangement according to Figure 1. Um; is indicated on the Y-axis and is here measured in volts, and can be between the output signal 0 volts to just over 2.5 volts. The X-axis indicates crankshaft degrees ° VC, where 0 ° indicates the upper dead center when the piston is in its uppermost position.

Vid läget SP, vilket är ett läge innan dödpunkt exempelvis 15-20 vevaxelgrader innan dödpunkt, alstras tändgnistan med den förtändning som är aktuell under rådande driftíörhållande, främst beroende på last och varvtal. Gnistans generering alstrar en hög mätpuls i detekteringskretsen 40-45, orsakad av överslaget i tändstiftsgapet under den så kallade överslagsfasen (Break down phase), men denna höga mätpuls filtreras bort, och dess mätvärde användes i den föredragna utforingsforrnen ej.At the SP position, which is a position before the dead center, for example 15-20 crankshaft degrees before the dead center, the ignition spark is generated with the ignition that is relevant under the prevailing operating conditions, mainly depending on the load and speed. The generation of the spark generates a high measuring pulse in the detection circuit 40-45, caused by the flash in the spark plug gap during the so-called break down phase, but this high measuring pulse is filtered out, and its measured value is not used in the preferred embodiment.

Lämpligen så styrs inhämtandet av mätsignaler av mikrodatorn 10, på så sätt att tnikrodatom endast avläser insignalingången 54 vid vissa bestämda motorlägen eller tidpunkter, d.v.s i bestämda mätfönster. Dessa mätfönster aktiveras företrädesvis i beroende av tändtidpunlcten SP, så att dessa mätfönster öppnas tílhäckli gt lång tid efter det att överslagsfasen klingat av.Suitably, the acquisition of measurement signals is controlled by the microcomputer 10, in such a way that the tnikrodator only reads the input signal 54 at certain determined motor positions or times, i.e. in certain measuring windows. These measuring windows are preferably activated in dependence on the ignition time point SP, so that these measuring windows are opened a long time after the flashover phase has ended.

Efter överslagsfasen så startar en flamjoniseringsfas (Flame ionization phase), i figur 4 benämnd FLAME ION, under vilken fas mätspänningen påverkas av etableringen av en brinnande kärna av luft-bränsle blandningen i eller vid tändstíftsgapet 507 416 g Efter flamjoniseringsfasen startar efterjoniseringsfasen (Post ionization phase), i figur 4 benämnd POST ION, under vilken fas mätspänningen påverkas av förbränningen i förbränningsrummet då antalet joniserande partiklar ökar med temperaturen och förbränningstrycket. Typiskt är att POST ION når ett maxvärde, angivet med PP i figuren 2, när forbränningsuycket utvecklats till sitt högsta värde och flamfronten nått fötbränningsrummets väggar vilket medför en tryckhöjning. Övergången mellan flamjoniseringsfasen och efterjoniseringsfasen samt toppvärdena inom respektive fas kan exempelvis detekteras genom en deiiverande krets, alternativt en derivering i styrenhetens mjukvara. Första nollgenomgången av deiivatan dUXONIdVC detekterar toppvärdet PF, andra nollgenomgången detekterar övergången från flarnjoniseringsfasen till efterjoniseringsfasen samt den tredje nollgenomgången detekterar toppvärdet PP.After the flashover phase, a fl ionization phase (Flame ionization phase), in fi gur 4 called FLAME ION, starts, during which phase the measuring voltage is affected by the establishment of a burning core of the air-fuel mixture in or at the spark plug gap 507 416 g After the fl ionization phase ), in Figure 4 called POST ION, during which phase the measuring voltage is affected by the combustion in the combustion chamber as the number of ionizing particles increases with temperature and combustion pressure. Typically, POST ION reaches a maximum value, indicated by PP in Figure 2, when the combustion accident has developed to its highest value and the flame front has reached the walls of the foot combustion chamber, which results in an increase in pressure. The transition between the ionization phase and the post-ionization phase as well as the peak values within each phase can be detected, for example, by a diverting circuit, or alternatively a derivation in the control unit's software. The first zero crossing of the dUXONIdVC derivative detects the peak value PF, the second zero crossing detects the transition from the ionization phase to the post-ionization phase and the third zero crossing detects the peak value PP.

I dírektinsprutade Otto-motorer där en stratifiering i vissa driftfall önskas vid tändstiftet, dvs en lokal uppfetning av luft-bränsle blandningen, kommer jonströmsignalen att påverkas av momentan positionering av bränslemolnet vid tidpunkten för tändgnistans alstrande. I enlighet med uppfinningen så utnyttjas främst jonstömssignalens karakteristik under flamjoniseringsfasen, vilken karakteristik är direkt beroende av den lokala luft-bränsle blandning vid tändstiftet.In direct-injection Otto engines where a stratification in certain operating cases is desired at the spark plug, ie a local degreasing of the air-fuel mixture, the ion current signal will be affected by instantaneous positioning of the fuel cloud at the time of spark ignition generation. In accordance with the invention, the characteristics of the ion current signal are mainly used during the amionization phase, which characteristic is directly dependent on the local air-fuel mixture at the spark plug.

I figur 5 visas schematiskt olika utseenden på den mätsignal som detekteras med detekteringskretsen i figur 1, erhållna från törbränningar med sinsemellan olika tidpunkt för bränsleinsprutningen men med övriga parametrar lika, inkluderande identisk bränslemängd. De i figur 5 visade kurvoma kan typiskt erhållas från körningar nmt 2000 rpm och medelvärdebildade över 500 cykler. Heldragen kurva, FBASE; , visar fdrbränningar med en ideal insprutningstidpunkt, med streckad kurva FM; iörbränningar med en inspnitningstidpunkt som har en mindre avvikelse A1_T relativt ideal tidpunld, med prickmarkerad kurva törbränningar som har en något större avvikelse A2_T relativt ideal tidpunkt samt med streck-prickmarkerad kurva förbränningar som har en stor avvikelse A3_T relativt ideal tidpunkt. Här gäller att absolutbeloppen förhåller sig som; A1_T < A2_T < A3__T.Figure 5 schematically shows different appearances of the measuring signal detected with the detection circuit in Figure 1, obtained from dry burns with different time points for fuel injection but with other parameters equal, including identical fuel quantity. The curves shown in Figure 5 can typically be obtained from runs at 2000 rpm and averaged over 500 cycles. Solid curve, FBASE; , shows pre-burns with an ideal injection time, with dashed curve FM; burns with a cut-off time that has a smaller deviation A1_T relatively ideal time, with dot-marked curve dry burns that have a slightly larger deviation A2_T relatively ideal time and with dash-marked curve burns that have a large deviation A3_T relatively ideal time. Here it applies that the absolute amounts are as; A1_T <A2_T <A3__T.

Den mot jonströmmen representafiva spänningen UloN , efter överslagsfasen, är samplad från 5 vevaxelgrader före Övre Dödpunkt (ÖD) och till åtminstone cirka 55 vevaxelgrader efter ÖD. Den första överslagsfasen vilken inträder mellan alstringen av gnistan SP och fore 5 vevaxelgrader innan ÖD, är ej medtagen i dessa kurvor, vilka kurvor visar flamjoniseringsfasen (FLAME ION) samt efterjoriiseringsfasen (POST ION). Från kurvorna framgår att vid ideal insprumingstídpunkt , FBASE; , erhålles högsta frekvensinnehållet i jonströmsignalens grundfrekvens under flamjoniseringsfasen.The voltage UloN against the ion current, after the flashover phase, is sampled from 5 crankshaft degrees before the Upper Dead Point (ÖD) and to at least about 55 crankshaft degrees after ÖD. The first flashover phase, which occurs between the generation of the spark SP and 5 crankshaft degrees before the ÖD, is not included in these curves, which curves show the fl ionization phase (FLAME ION) and the post-ionization phase (POST ION). From the curves it appears that at the ideal injection time, FBASE; , the highest frequency content of the fundamental frequency of the ion current signal is obtained during the jon ionization phase.

Vid ideal insprutningstidpunlct , F BASEJ ,så stiger mätsignalen snabbt upp till sitt maxvärde PF under vevaxelvinkelområdet A. Vid succesiva iörskjutningar av insprutningstidpunkten i steg Al_T 9 507 416 -> A2_T -> A3_T,bort från ideal insprutningstidpunlct så ökar mätsignalen successivt långsamrnare och når sina maxvärden under flarnjoniseringsfasen först när de succesivt ökande vevaxelvinkelområdena B,C respektive D genomlöpts.At the ideal injection time point, F BASE, the measurement signal rises rapidly to its maximum value PF below the crankshaft angle range A. In case of successive displacements of the injection time in step Al_T 9 507 416 -> A2_T -> A3_T, away from the ideal injection time point, the measurement signal maximum values during the ionisation phase only when the successively increasing crankshaft angle ranges B, C and D, respectively, have been traversed.

Frekvensinnehållet i mätsigrralens grundton under respektive icurvas vevaxelvinkelområde A,B,C respektive C, dv.s under en fjärdedel av en fullbordad svängningsperiod, minskar sålunda med ökande avvikelse från ideal insprutningstidpunkt..The frequency content of the fundamental tone of the measuring sigral below the crankshaft angle range A, B, C and C, respectively, i.e. during a quarter of a completed oscillation period, thus decreases with increasing deviation from the ideal injection time.

Ett annat sätt att ta fram frekvensinnehållet i grundtonen av jonströmsignalen är att titta på derivatan dUIONIdVC , tiv.s spänningen UION som funktion av vevaxelvinkel VC . Detta kan göras genom den i figuren 1 visade detekteringslcretsen 44.Another way of extracting the frequency content of the fundamental tone of the ion current signal is to look at the derivative dUIONIdVC, tiv.s voltage UION as a function of crankshaft angle VC. This can be done through the detection circuit 44 shown in Figure 1.

Med de ovan beskrivna sambanden så har möjligheter påvisats att kunna optimera insprutnings- tidpunkten på ett återkopplat sätt genom att detektera grundfrekvensen i jonströmsignalens grundton, eller såsom det lämpligen implementeras i ett styrsystem genom att detektera dUION/dVC under flamjoniseringsfasen.With the relationships described above, possibilities have been demonstrated to be able to optimize the injection time in a feedback manner by detecting the fundamental frequency in the fundamental tone of the ion current signal, or as it is suitably implemented in a control system by detecting dUION / dVC during the jon ionization phase.

I figur 6 visas hur den uppfinningsenliga metoden kan reraliseras. Med fetmarkerad kurva anges aktuell positionering av bränsleinsprutningen i förbränningsmotorns arbetstakt. Aktuell positionering anges på den vänstra vertikala axeln, och angesi antalet vevaxelgrader före övre dödpunkt, BTDC, dvs ett ökande värde på BTDC indikerar en tidigareläggning av positioneringen. Med streckad kurva visas aktuellt värde på första derivatan av jonscrömsignalen, dUION/dt, under flarnjoniseringsfasen Innan variationen av positioneringen av bränslet initieras, dvs före förbränning Cl, kan en positionering given av en empiriskt fastlagd map användas, i detta fall 50° BTDC. När ett steady- state tillstånd uppnåtts initeras variationen av positioneringen av bränslet, vilket kan ske genom en tidigareläggníng av positíoneringeni ett förbestämt steg, A3, vilket kan motsvara 1,5 vevaxel-grader.Figure 6 shows how the inventive method can be realized. The bold positioning curve indicates the current positioning of the fuel injection at the working rate of the internal combustion engine. Current positioning is indicated on the left vertical axis, and indicates the number of crankshaft degrees before the top dead center, BTDC, ie an increasing value of BTDC indicates an earlier positioning. The dashed curve shows the current value of the first derivative of the ion cream signal, dUION / dt, during the ionisation phase. Before the variation of the positioning of the fuel is initiated, ie before combustion C1, a positioning given by an empirically determined map can be used, in this case 50 ° BTDC. When a steady-state condition is reached, the variation of the positioning of the fuel is initiated, which can be done by an earlier positioning of the position in a predetermined step, A3, which can correspond to 1.5 crankshaft degrees.

Ett steady-state tillstånd anses råda när belastningen och varvtalet flukturerar med mindre än 5%, och företrädesvis mindre än 1% mellan förbränningari följd.A steady-state condition is considered to prevail when the load and speed fl increase by less than 5%, and preferably less than 1% between incinerations in a row.

Om då dUION/dt ges en tendens mot ett ökande värde sker ytterligare en tidigareläggning med samma stegintervall A3, vid förbränning Cg. När en fortsatt tidigareläggning med samma stegintervall medför att dUION/dt sjunker, vilket i utföringsexemplet sker efter förbränning C3, växlar variationen av positioner-ingen från en tidigareläggning till en senareläggning, vilket sker vid Cr.If then dUION / dt is given a tendency towards an increasing value, another advance laying takes place with the same step interval A3, at combustion Cg. When a continued advance with the same step interval causes the dUION / dt to decrease, which in the exemplary embodiment occurs after combustion C3, the variation of the positioning changes from an advance to a delay, which occurs at Cr.

Vid varje växling, från tidigareläggning till senareläggning och omvänt, kan stegintervallet reduceras från det iniriella stegintervallet A3 till stegintervallet A2, i syftet att få en snabb och korrekt insvängning på den positionering som ger maximalt värde dUION/dt. A2 kan motsvara 1,0 vevaxel- grader. Om den vid förbränning C., företagna senareläggningen medför att dUION/dt ges en ökande tendens fortsätter variationen av positioneringen med ärmu en senareläggning vid förbränning CS, med samma stegintervall som vid Ca. Om senareläggningen vid Cs medför att dUION/dt sjunker, 507 416 10 lO växlar variationen riktning på nytt samtidigt som stegintervallet reduceras från A2 till Al. Al kan motsvara 0,5 vevaxel-grader. Företrädesvis användes en gräns för stegintervallets reduktion, där Al kan vara den minsta stegintervallet som utnyttjas under variationen av positioneringen.At each shift, from advancing to postponing and vice versa, the step interval can be reduced from the initial step interval A3 to the step interval A2, in order to obtain a fast and correct swing in the positioning which gives the maximum value dUION / dt. A2 can correspond to 1.0 crankshaft degrees. If the postponement carried out during combustion C. results in an increasing tendency for dUION / dt to be given, the variation of the positioning with ärmu continues a postponement during combustion CS, with the same step interval as at Ca. If the delay at Cs causes the dUION / dt to drop, 507 416 10 10 the variation changes direction again at the same time as the step interval is reduced from A2 to A1. Al can correspond to 0.5 crankshaft degrees. Preferably, a limit is used for the reduction of the step interval, where A1 may be the smallest step interval used during the variation of the positioning.

Efter det att variationen nått det minsta tillåtna stegintervallet erhålles i idealfallet en kontinuerlig växling mellan senareläggning och tidigareläggning, där dUION/dt växlar mellan ökande och sjunkande tendens. När ett forbestämt antal växlingar, i storleksordningen något tiotal, mellan tidigareläggning och senareläggning initierats i aktuell driftpunkt, avslutas variationen och den positionering som är aktuell lagras perrnanent i motorns minne som den positionering som skall användas i det aktuella driftfallet. Härigenom sker en adaptiv anpassning av bränslematrisen i alla steady-state tillstånd. Då man utgår från bränslematrisen även under transienter, dvs under förändringar i varvtal eller last, sker även en adaptiv korrigering for tranienta lastfall.After the variation has reached the minimum permissible step interval, a continuous alternation between postponement and advancement is ideally obtained, where dUION / dt alternates between increasing and decreasing tendency. When a predetermined number of shifts, in the order of a few tens, between initialization and postponement are initiated in the current operating point, the variation is terminated and the current positioning is permanently stored in the engine memory as the positioning to be used in the current operating case. In this way, an adaptive adaptation of the fuel matrix takes place in all steady-state states. When one starts from the fuel matrix even during transients, ie during changes in speed or load, an adaptive correction also takes place for transient load cases.

Den ovan beskrivna varitionen kan företrädesvis initieras på nytt efter det att att en minsta förbestämd drifttid i den aktuella driftpunlrten uppnåtts. Denna förbestämda drifttid kan sättas inom intervallet några minuter upp till några timmar, vilken forbestämda drifttid sätter begränsningarna for hur ofta motorn skall adapteras till eventuella förändringar. Altemativt kan olika typer av larm initiera en variation av insprutningstidpunkten vid intaget steady-state tillstånd. Ett sådant larm kan exempelvis utgöras av felindikation från olika typer av sensorer, såsom lambdasonden eller eventuella HC-sensorer, vilka indikerar for höga emissioner eller for stora fluktuationer förbränningen.The variation described above can preferably be initiated again after a minimum predetermined operating time in the current operating point has been reached. This predetermined operating time can be set within the interval a few minutes up to a few hours, which predetermined operating time sets the limits for how often the engine should be adapted to any changes. Alternatively, different types of alarms can initiate a variation of the injection time when ingested steady-state conditions. Such an alarm may, for example, consist of an error indication from various types of sensors, such as the lambda probe or any HC sensors, which indicate too high emissions or too large fluctuations of the combustion.

I figur 6 visas att aktuellt värde på första derivatan av jonströmsignalen, dUmJdt ej ändras språngartat vid en initierad stegförändring av positioneringen. Företrädesvis sker en rullande medelvärdesbildníng av dUION/dt, vilket medför att medelvärdet av dUIQN/dt gradvis antar ett högre värde om flera förbränningar i följd ger ett förhöjt värde på dUION/dt. Detta är en fordelaktig implementation i Otto-motorer, där forbränningsprocessen mellan i följd är utsatt för stora fluktuationer.Figure 6 shows that the current value of the first derivative of the ion current signal, ie does not change abruptly at an initiated step change of the positioning. Preferably, a rolling averaging of dUION / dt takes place, which means that the averaging of dUIQN / dt gradually assumes a higher value if fl your combustions in a row give an increased value of dUION / dt. This is an advantageous implementation in Otto engines, where the combustion process in between is subjected to large ktctuations.

En risk med stratifierad luft-bränsle blandning, dvs fetare blandning lokalt vid tändstiftet, är att tändstiftsgapet lärt kan sota igen. Detta gäller speciellt vid direktinsprutade Otto-motorer där bränslemolnet kan orsaka alltför fet luft-bränsle blandning vid tändstiftsgapet. Vid vissa driftfall kan det önskvärda börvärdet for den mot joníseringen karakterislniska signalen utgöra en förbestämd andel av exempelvis dess maximala grundfrekvensinnehåll. Härigenom kan man på ett kontrollerat sätt initiera tändning innan de alltför feta områdena i bränslemolnet når tändstiftsgapet Variationen av insprutningstidpunkten kan även kombineras med en stegvis utmagring, om den mot joniseríngen karakterisktiska signalen indikerar ett högt grundfrekvensinnehåll, vilket ger utrymme 11 507 416 för ytterligare avmagring. Vid stratifierad drift utan återkoppling måste aktuell bränslemängd sättas med marginal så att en säker antändning av luft-bränsle blandning sker i alla driftfall. Detta kan resultera i att optimala blandningar erhålles i tändstiftsgapet i vissa driftfall, medan mycket feta blandningar erhålles i tändstiftsgapet i andra driftfall.A risk with stratified air-fuel mixture, ie fatter mixture locally at the spark plug, is that the spark plug gap can learn to soot again. This is especially true for direct-injection Otto engines where the fuel cloud can cause too greasy air-fuel mixture at the spark plug gap. In certain operating cases, the desired setpoint for the signal characteristic of the ionization may constitute a predetermined proportion of, for example, its maximum fundamental frequency content. In this way, ignition can be initiated in a controlled manner before the excessively fat areas in the fuel cloud reach the spark plug gap. The variation of the injection time can also be combined with a stepwise thinning, if the signal characteristic of ionization indicates a high fundamental frequency content, giving room for further thinning. In the case of stratified operation without feedback, the current amount of fuel must be set by a margin so that a safe ignition of the air-fuel mixture takes place in all operating cases. This can result in optimal mixtures being obtained in the spark plug gap in some operating cases, while very fatty mixtures are obtained in the spark plug gap in other operating cases.

Ett annat problem är att vid stratifierad luft-bränsle blandning som ger extremt mager blandning globalt sett, erhålles mycket låga forbränningstemperatiirer. En grundregel är att tändstiftet skall hållas på en temperatur över 400°C, vilket är den lägsta temperaturen för att en självrengörande effekt på tändstiftet skall kunna erhållas, och sot ej kan byggas upp på tändstiftsgapet. En fördel med ett tändsystem enligt figur 1 är att aktuell sotbeläggning kan detekteras med mätkretsarna, då den pålagda mätspänningen på tändstiftsgapet kan ge ett offset-värde på joniseringssignalen, motsvarande en överlagrad DC-signal. Storleken på den överlagrade DC-signalen är direkt beroende av hur mycket sot som bildats på tändstiftet. När sot börjar byggas upp på tändstiftsgapet och porslinet runt mittelektroden, minskar resistansen i tändstíftsgapet. Denna DC-signal kan således användas for att korrigera insprutningstidpunkten så att uppbyggnaden av sot hålls under kontroll, dvs ej tillåter generera en DC-signal över ett törbestämt börvärde.Another problem is that with stratified air-fuel mixture which gives extremely lean mixture globally, very low combustion temperatures are obtained. A basic rule is that the spark plug must be kept at a temperature above 400 ° C, which is the lowest temperature for a self-cleaning effect on the spark plug to be obtained, and soot can not build up on the spark plug gap. An advantage of an ignition system according to Figure 1 is that the current soot coating can be detected with the measuring circuits, as the applied voltage on the spark plug gap can give an offset value of the ionization signal, corresponding to a superimposed DC signal. The magnitude of the superimposed DC signal is directly dependent on how much soot is formed on the spark plug. As soot begins to build up on the spark plug gap and the porcelain around the center electrode, the resistance in the spark plug gap decreases. This DC signal can thus be used to correct the injection time so that the build-up of soot is kept under control, ie does not allow the generation of a DC signal above a dry setpoint.

Variation av insprutningstidpunkten kan givetvis även kombineras med andra åtgärder i syfte att reducera uppbyggnaden av sot på tändstiftet. Exempelvis kan även tändtidpunlcten tidigareläggas under ett fåtal forbränningar i syfte att provocera fram extrema förbränningstemperaturer, eventuellt även knackning. Omställning från stratifierad drift till homogen luft-bränsle blandning, med stökiometrisk förbränning i hela förbränningsrummet kan även initieras som komplement om ej variation av insprutningstidpunkten vid stratifierad drift är tillräckligt för att begränsa sotuppbyggnaden.Variation of the injection time can of course also be combined with other measures in order to reduce the build-up of soot on the spark plug. For example, the ignition timing point can also be brought forward during a few burns in order to provoke extreme combustion temperatures, possibly also knocking. Conversion from stratified operation to homogeneous air-fuel mixture, with stoichiometric combustion in the entire combustion chamber can also be initiated as a complement if no variation of the injection time in stratified operation is sufficient to limit the soot build-up.

I den visade utforingsformen sker en detektering av joniseringsgraden omedelbart efter det att tändgnistan sloclcnat i tändstiftgapet Alternativa lösningar kan istället använda en mot joniseringen karakteristisk signal vilken erhålles under övetslagsfas eller urladdningsfas. En sådan signal kan exempelvis erhållas från den hållspänning som erfordras for att upprätthålla tändgnistan.In the embodiment shown, a degree of ionization is detected immediately after the ignition spark has closed in the spark plug gap. Alternative solutions can instead use a signal characteristic of the ionization which is obtained during the training phase or discharge phase. Such a signal can be obtained, for example, from the holding voltage required to maintain the ignition spark.

Ett annat alternativ kan vara detektering av strömmen i tändgnistan.Another option may be to detect the current in the spark.

Uppfinningen är ej till detektering av grundfrekvensen eller derivatan. Uppfinningen kan inom ramen för patentkraven modifieras så att en parameter karaktäristisk mot ett grundfrekvens- innehåll exempelvis kan innebära en detektering av hur snabbt amplitudmaximum PF under flarnjoniseringsfasen inträder. En ren detektering av tiden för amplitudmaximats uppträdande är direkt avhängigt derivatan dUION/dt, och är sålunda karaktäristisk mot grundfrekvensinnehållet. 507 416 12 Den föredragna utföringsfornien, med ett mätfönster under flaxnjoniseringsfasen innan amplitudmaximat PF, är den utföringsform som enklast implementeras i ett reglersystem, då denna fas är relativt entydigt bestämd i beroende av när tändgnistan triggades.The invention is not for detecting the fundamental frequency or derivatives. Within the framework of the claims, the invention can be modified so that a parameter characteristic of a fundamental frequency content can, for example, involve a detection of how fast the amplitude maximum PF occurs during the ionisation phase. A pure detection of the time of occurrence of the amplitude maximum is directly dependent on the derivative dUION / dt, and is thus characteristic of the fundamental frequency content. The preferred embodiment, with a measurement window during the de-ionization phase before the amplitude maximum PF, is the embodiment most easily implemented in a control system, as this phase is relatively unambiguously determined depending on when the ignition spark was triggered.

Uppfinningen är ej heller inskränkt till direktinsprutade Otto-motorer, där skiktning av en fetare luft- bränsle blandning runt tändstiftet initieras under främst låg-last samt dellast området för motorn.The uptake is also not limited to direct-injection Otto engines, where stratification of a fatter air-fuel mixture around the spark plug is initiated under mainly low-load and partial-load areas for the engine.

Uppfinningen kan även implementeras i Otto-motorer där indirekt bränsleinspruming sker, dvs insprutning i luftinloppet, och där en skiktning kan erhållas genom kontrollerad aktivering av inloppsventiler. Detta kan exempelvis ske genom att endast spruta in bränsle mot en inloppsventil som leder in en delluftström mot tändstiftet, och där en huvudluftströmmning leds in i cylindern av en andra inloppsluftventil.The invention can also be implemented in Otto engines where indirect fuel injection takes place, ie injection into the air inlet, and where a stratification can be obtained by controlled activation of inlet valves. This can be done, for example, by only injecting fuel against an inlet valve which directs a partial air flow towards the spark plug, and where a main air flow is led into the cylinder by a second inlet air valve.

Uppfinningen kan även tillämpas med olika typer av tändstift. Exempelvis kan konventionella tändstift med luftgap eller glidgriist-tändstift användas. Glidgnist-tändstift brukar även benämnas som “surface-gapïtändstift, där överslaget löper över en isolatoryta.The invention can also be applied with different types of spark plugs. For example, conventional air gap spark plugs or glidgriist spark plugs can be used. Glide spark spark plugs are also often referred to as “surface gap spark plugs, where the overhang runs over an insulating surface.

Användning av tändstiftet som mätgap for detektering av joniseringen har den fördelen att extra mätgap ej erfordras i forbränningsrummet. Uppfinningen är dock inte inskränkt till detektering via tändstiftgapet, Alternativt kan ett extra mätgap anordnas i forbränningsrummet, antingen integrerat i tändstiftet och anordnat parallellt med gnistgapet elleri ett extra mätgap separerat från tändstiftet.Using the spark plug as a measuring gap for detecting the ionization has the advantage that no extra measuring gap is required in the combustion chamber. However, the recovery is not limited to detection via the spark plug gap. Alternatively, an additional measuring gap can be arranged in the combustion chamber, either integrated in the spark plug and arranged parallel to the spark gap or in an additional measuring gap separated from the spark plug.

Claims (9)

10 15 30 35 13 507 416 PATENTKRAV10 15 30 35 13 507 416 PATENT CLAIMS 1. Metod för återkopplad reglering av positionering av en förbestämd bränslemängd i arbetstakten i en förbränníngsmotor av Otto-typ, där den aktuella förbestämda bränslemängden tillföres iörbränningsrumntet via en injektor och där antändning av luft-bränsle blandningen sker med ett tändstift anordnat i törbränningsrummet efter det att aktuell bränslemängd tillförts förbränningsrurmnet k a' n n e te c k n a d av att en mot joniseringen i förbränningsnirnmet representativ parameter detekteras med ett i törbränningsrummet anordnat mätgap, företrädesvis detekterat via tändstiftsgapet, och att positioneringen av den förbestämda bränslemängden i förbränningsmotorns arbetstakt varieras i förbestämda steg i riktning tidigareläggning eller senareläggning så att den mot joniseringeni förbränningsrummet representativa parametern ges en tendens mot ett förbestämt börvärde.Method for feedback control of positioning of a predetermined amount of fuel at the working rate of an Otto-type internal combustion engine, where the current predetermined amount of fuel is supplied to the combustion chamber via an injector and where ignition of the air-fuel mixture takes place with a spark plug arranged in the torch. the actual amount of fuel added to the combustion chamber can be indicated by a parameter representative of the ionization in the combustion chamber being detected with a measuring gap arranged in the combustion chamber, preferably detected via the spark plug gap, and that the positioning of the predetermined amount of fuel in so that the parameter representative of the ionization in the combustion chamber is given a tendency towards a predetermined setpoint. 2. Metod enligt patentkrav l k ä n n e te c k n a d av att det förbestämda börvärdet utgöres av en maximeiing av en av joniseringssignalen beroende parameter karakteristisk mot ett gmndfiekvens- innehåll i joniseringssignalen under åtminstone en del av flamjoniseringsfasen (FLAME ION).2. A method according to claim 1, characterized in that the predetermined setpoint value consists of a maximization of a parameter dependent on the ionization signal characteristic of an average sequence content of the ionization signal during at least a part of the ionization phase (FLAME ION). 3. Metod enligt patentkrav l k a' n n e te c k n a d av att det förbestämda börvärdet utgöres av ett törbestämt acceptansintervall inom vilket toppvärdet på joniseringssignalen uppträder efter det att tändningen initierats.A method according to claim 1, wherein the predetermined setpoint value consists of a dry-determined acceptance interval within which the peak value of the ionization signal occurs after the ignition is initiated. 4.Metod enligt patentkrav 2 k a' n n e te c k n a d av att den mot grundfirekvensen karakteristiska parametern utgöres av en bestämning av första derivatan av joniseringsignalen i ett mätíönster under flamjoniseringsfasen och företrädesvis innan joniseringssignalen når sitt amplitudmaxirnum under flamjoniseringsfasen.Method according to claim 2, characterized in that the parameter characteristic of the basic frequency consists in determining the first derivative of the ionization signal in a measurement pattern during the fl ionization phase and preferably before the ionization signal reaches its amplitude maximum during the fl ionization phase. 5. Metod enligt något av föregående patentkrav och där fötbränningsmotorn är försedd med dynamiskt reglerbara bränsleinjektorer där mängden tillfört bränsle per tidsenhet kan regleras k ä n n e t e c k n a d av att variationen av positioneringen av bränslet kombineras med en variation av flödeshastigheten i injektorn, antingen alternerande mellan positionering och flödesregelering under ett förbestämt antal cykler eller alternerande mellan varje förbränning; vilken variation av flödeshastigheten i injektorn sker under samma optimeringsvillkor som för variationen av positioneringen.,Method according to one of the preceding claims and wherein the foot-burning engine is equipped with dynamically adjustable fuel injectors where the amount of fuel supplied per unit time can be controlled characterized in that the variation of the positioning of the fuel is combined with a variation of the injector speed. for a predetermined number of cycles or alternating between each combustion; which variation of the speed of fate in the injector takes place under the same optimization conditions as for the variation of the positioning. 6. Metod enligt något av föregående patentkrav k a' n n e t e c k n a d av att initierad variation av insprutningstidpunkten sker när motorn är belastad med en väsentligen konstant belastning och 507 416 14 10 15 varvtal, så kallat steady-state tillstånd, där belastningen och varvtalet företrädesvis flukturerar mindre än 5 %, och företrädesvis mindre än l % mellan förbränningari följd.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the initiated variation of the injection time takes place when the engine is loaded with a substantially constant load and 507 416 14 10 15 speeds, so-called steady-state conditions, where the load and the speed preferably kt less than 5%, and preferably less than 1% between incinerations in a row. 7. Metod enligt patentkrav 6 k ä n n e te c k n a d av att initerad variation av insprutnings- tidpunkten sker för varje enskild driftpunkt given av åtminstone motorvarvtal och belastning när en förbestärnd drifttid förlupit i aktuell driftpunkt sedan motom senast initierade en variation av insprutningstidpunkten for driftpunkten ifråga.Method according to claim 6, characterized in that the initiated variation of the injection time takes place for each individual operating point given by at least engine speed and load when a predetermined operating time has elapsed in the current operating point since the engine last initiated a variation of the injection time for the operating point in question. 8. Metod enligt patentkrav 6 kännetecknad av att initierad variation av insprumings-tidpunlcten sker när en ernissionsövervakande larmfunktion indikerar för höga emissioner eller för stora fluktuationer i förbränningen.Method according to Claim 6, characterized in that the initiated variation of the injection time occurs when an emission monitoring alarm function indicates too high emissions or too large ktctuations in the combustion. 9. Metod enligt patentkrav 7 eller 8 k ä n n e te c k n a d av att en initierad variation av insprutnings-tidpunkten avslutas för driftpunlcten ifråga när variationen av insprumingstídpunkten växlar mellan tidigarelagd och senarelagd insprutningstidpunkt ett förbestämt antal gånger, varefter den genom variationen etablerade insprutningstidpunlcten sparas som en permanent positionering av bränslemängden i förbränningsmotorrts arbetstakt för den aktuella driftpurilcten. lO. Metod enligt patentkrav 7 eller 8 k a' n n e te c k n a d av att för varje växling mellan tidigarelagd och senarelagd insprutningstidpunkt som sker under initierad variation av positíoneringen av bränsleti motorns arbetstakt, reduceras storleken på den stegvisa förändningen av positioneringen.Method according to claim 7 or 8, characterized in that an initiated variation of the injection time ends for the operating point in question when the variation of the injection time alternates between earlier and delayed injection time a predetermined number of times, after which the injection time established by the variation permanent positioning of the amount of fuel in the combustion engine's operating rate for the current operating purilct. lO. A method according to claim 7 or 8, characterized in that for each change between earlier and delayed injection time which takes place during the initiated variation of the positioning of the fuel in the engine's operating rate, the magnitude of the stepwise change of the positioning is reduced.